به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، کنترل تمایز سلول‌های بنیادی مزانشیمی (MSC) همچنان یک چالش حیاتی در کاربرد درمانی سلول‌های بنیادی مزانشیمی است. محرک‌های بیوفیزیکی و مکانیکی متعددی بر سرنوشت سلول‌های بنیادی تأثیر می‌گذارند. با این حال، کارایی نسبی و ویژگی آنها در تمایز مکانیکی هدایت شده نامشخص است. پروتئین YAP یکی از پروتئین‌های حساس مکانیکی کلیدی است که تمایز MSC را کنترل می‌کند. مطالعات قبلی مکانیک هسته ای را با فعالیت YAP مرتبط کرده اند، اما ما هنوز درک درستی از اینکه چه تغییر شکل هسته ای به طور خاص YAP و رابطه آن با محرک‌های مکانیکی را تنظیم می‌کند، نداریم. اخیراً تیمی از محققان مک گیل کشف کردند که با کشش، خم کردن و مسطح کردن هسته‌های سلول‌های بنیادی به درجات مختلف، می‌توانند سلول‌های هدفمندی تولید کنند که می‌توانند آن‌ها را هدایت کنند تا به سلول‌های استخوانی یا چربی تبدیل شوند. این مطالعه در مجله Biophysical منتشر شده است.

تارخچه سلول‌های بنیادی مزانشیمی و کاربردهای آن

در دهه 1960، فریدنشتاین جمعیتی از سلول های فیبروبلاست مانند را شناسایی کرد که کلونی‌های را در شرایط آزمایشگاهی تشکیل دادند (CFU-F، واحد تشکیل کلونی-فیبروبلاست). مشاهدات فریدنشتاین امکان کشف نوع خاصی از سلول را فراهم کرد که در حال حاضر به عنوان سلول‌های بنیادی مزانشیمی (MSCs) شناخته می‌شود. سلول‌های بنیادی مزانشیمی اولیه، غیرتخصصی، غیرخونساز، سلول‌های چسبنده منعطف با پتانسیل تکثیر زیاد و ظرفیت خود نوسازی و تمایز هستند. در سال 2006، انجمن بین‌المللی سلول‌درمانی (ISCT) معیارهای اساسی را برای تعریف سلول‌های استرومایی مزانشیمی چند توان انسانی که نام آنها به سلول‌های بنیادی مزانشیمی تبدیل شد، پیشنهاد کرد. بنابراین سلول‌های بنیادی مزانشیمی از حدود 30 سال گذشته به دلیل زیست‌شناسی سلولی جالب، پتانسیل بالینی گسترده، و به عنوان یک بلوک ساختمانی مرکزی در زمینه رشد سریع مهندسی بافت مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. سلول‌های بنیادی مزانشیمی به آسانی در ظرف کشت رشد می‌کنند، پتانسیل تمایز ذاتی دارند که قبلاً در سلول‌های دیگر یافت نشده بود، و تعداد زیادی فاکتور رشد مفید و سیتوکین تولید می‌کنند. جداسازی سلول‌های بنیادی مزانشیمی از بافت‌های مختلف و کاشت مجدد آن‌ها در مکان‌های دیگر، سؤالاتی را درباره سلول‌های بنیادی مزانشیمی طبیعی in vivo و توانایی آنها در ترمیم طبیعی بافت‌های درون‌زا ایجاد می‌کند، فرآیندی که به وضوح با افزایش سن کاهش می‌یابد. جایگزینی سلول‌های مزانشیمی در تعداد زیادی که برای درمان آسیب‌های بافتی قابل توجه نیاز است، نیازمند پیوند، سازماندهی ساختاری و تمایز سلولی است، فرآیند پیچیده ای که پیشرفت زیادی داشته است اما کامل نشده است. تاکنون بیش از 950 کارآزمایی بالینی MSC ثبت شده در فهرست FDA وجود دارد. بیش از 10000 بیمار در یک محیط بالینی کنترل شده تحت درمان قرار گرفته اند که از این تعداد 188 کارآزمایی اولیه (فاز 1 یا فاز 2) تکمیل شده و ده مطالعه به فاز 3 پیشرفت کرده‌اند.

درمان با سلول‌های بنیادی

درمان با سلول‌های بنیادی به عنوان روشی جدید برای درمان بسیاری از بیماری‌ها، از مولتیپل اسکلروزیس، آلزایمر و گلوکوم گرفته تا دیابت نوع 1 معرفی شده است. پیشرفت‌های پیش‌بینی‌شده هنوز تا حدودی محقق نشده‌اند، زیرا کنترل انواع سلول‌هایی که از سلول‌های بنیادی ایجاد می‌شوند بسیار دشوارتر از آنچه در ابتدا تصور می‌شد، نشان داده است. آلن ارلیچر، استاد در بخش مهندسی زیستی مک گیل و کرسی تحقیقاتی کانادا در مکانیک بیولوژیکی و یکی از همکاران، توضیح داد: «قدرت بزرگ سلول‌های بنیادی توانایی آن‌ها برای سازگاری با بدن، تکثیر و تبدیل خود به انواع دیگر سلول‌ها است، خواه این سلول‌های مغز، سلول‌های عضلانی قلب، سلول‌های استخوانی یا سایر انواع سلول‌ها باشند. اما این یکی از بزرگترین چالش‌های کار با آنها نیز هست.»

بکارگیری میکروسکوپ نیروی کششی و میکروسکوپ کانفوکال

در اینجا، ما گزارش می‌کنیم که حداکثر انحنای هسته‌ای دقیق‌ترین عامل تعیین‌کننده بیوفیزیکی برای تمایز سلول‌های بنیادی مزانشیمی با واسطه مکانیکی انتقال YAP است و یک پارامتر مرتبط برای درمان‌های مبتنی بر سلول‌های بنیادی است. ما از میکروسکوپ نیروی کششی و میکروسکوپ کانفوکال برای توصیف روابط بین انقباض و تغییر شکل هسته ای در تنظیم فعالیت YAP در MSCها استفاده کردیم. ما مشاهده کردیم که افزایش در انقباض، هسته‌ها را به‌صورت ناهمسانگرد فشرده می‌کند، به موجب آن، درجه فشرده‌سازی نامتقارن، انحنای خمشی غشای هسته‌ای را افزایش می‌دهد. سپس انحنا و کشش غشاء را با استفاده از خطوط زیرلایه چسب ریزالگوی نازک و حسگر تنش مبتنی بر FRET بررسی کردیم و نقش مستقیم انحنا را در فعالیت YAP که توسط واردات هسته‌ای فعال و غیرفعال هدایت می‌شود، آشکار کردیم. در نهایت، ما از خطوط ریز الگو برای کنترل انحنای هسته‌ای و دقیقاً مستقیم تمایز MSC استفاده کردیم. این کار نشان می‌دهد که انحنای هسته‌ای سایر جنبه‌های بیوفیزیکی را برای کنترل تمایز با واسطه YAP در سلول‌های بنیادی مزانشیمی در نظر می‌گیرد و ممکن است راه‌حلی قطعی برای برخی از چالش‌های درمان‌های سلول‌های بنیادی مزانشیمی ارائه دهد.

بازسازی استخوان

به گفته ارلیچر، نویسنده ارشد این مطالعه، که سرپرستی تیم تحقیقاتی را بر عهده داشت، اولین کاربردهای این کشف احتمالاً شامل بازسازی استخوان می‌شود، احتمالاً مربوط به ترمیم دندان یا جمجمه-صورت، یا درمان تروماهای استخوانی یا پوکی استخوان باشد. با این حال، او هشدار می‌دهد که احتمالاً یک یا دو دهه طول می‌کشد تا این درک جدید از نحوه تمایز سلول‌های بنیادی به درمان های بالینی تبدیل شود. آزمایش و دستکاری مداوم سلول‌های بنیادی کمک می‌کند تا این کشف در درمان‌های پزشکی گنجانده شود.

گام بعدی مطالعه

مراحل بعدی در این تحقیق شامل تعیین این است که چگونه مکانیسم‌های مولکولی سلول‌های مختلف به آنها اجازه می‌دهد تا به سلول‌هایی تبدیل شوند که می‌توانند به چربی یا استخوان تبدیل شوند و سپس این دانش به کشت‌های فیبر سه بعدی ترجمه شود.

پایان مطلب/.